下一代SDH傳送網(wǎng)的關鍵技術

摘要　介紹支持數(shù)據(jù)業(yè)務的下一代同步數(shù)字體系(SDH)所用關鍵技術(通用成幀規(guī)程(GFP)、虛級聯(lián)(VC)和鏈路容量調整方案(LCAS))的主要技術特點，比較了使用VC技術前后的帶寬利用率；重點闡述LCAS幀結構各字節(jié)的含義及其表示方法，介紹LCAS的實現(xiàn)方式和鏈路容量調整的詳細過程；最后分析LCAS技術在自動交換光網(wǎng)絡(A-SON)中的作用及商用實例。LCAS與VC、GFP結合，能使新一代SDH網(wǎng)絡更好地支持二層交換業(yè)務，全面適應數(shù)據(jù)業(yè)務的需求，在現(xiàn)有傳輸網(wǎng)上實現(xiàn)ASON的某些功能，逐漸過渡到智能光網(wǎng)絡。

關鍵詞　同步數(shù)字體系　同步光網(wǎng)絡/同步數(shù)字體系上的數(shù)據(jù)傳輸　通用成幀規(guī)程　虛級聯(lián)鏈路容量調整方案　自動交換光網(wǎng)絡

0、引言

　　在當今城域網(wǎng)內，呈現(xiàn)出流量和業(yè)務快速增長而又很難預測的現(xiàn)象，這給規(guī)劃和建設網(wǎng)絡帶來很大困難，最好的解決方法是使網(wǎng)絡具有支持多業(yè)務、多協(xié)議和智能化的特點，從現(xiàn)在的傳統(tǒng)網(wǎng)絡結構向語音與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡融合的方向發(fā)展。在這種情況下，產生了兩種綜合傳送平臺方案，一種是以數(shù)據(jù)為中心向以太網(wǎng)升級的方案，它具有低成本、應用廣泛和容易使用的優(yōu)勢，但同時存在明顯的缺陷，即有限的服務質量(QoS)保證，為此IEEE802.17定義了彈性分組環(huán)(RPR)標準，目的是在提供綜合業(yè)務傳送平臺的同時，提高包交換網(wǎng)絡的可靠性，利用環(huán)網(wǎng)的概念提供保護，達到同步數(shù)字體系(SDH)50ms的保護水平[1]；另一種是以傳統(tǒng)SDH技術為中心向下一代SDH升級的方案，實現(xiàn)各種類型的數(shù)據(jù)在同步光網(wǎng)絡(SONET)/SDH上靈活可靠地傳輸(DoS--Data over SONET/SDH)[2]。DoS是一種傳輸機制，它使各種數(shù)據(jù)接口(如以太網(wǎng)、光纖通道、企業(yè)系統(tǒng)連接體系結構/光纖連接(FICON)通道等)能高效地接入SONET/SDH，尤其是支持現(xiàn)在廣泛用于廣域網(wǎng)(WAN)的吉比特以太網(wǎng)。DoS的實現(xiàn)主要基于3種關鍵技術：通用成幀規(guī)程(GFP----generic framing procedure)、虛級聯(lián)(VC----virtual concatenation)和鏈路容量調整方案(LCAS----link capacity adjustment scheme)。

1、通用成幀規(guī)程(GFP)

　　在SDH上傳輸數(shù)據(jù)包一般采用PoS(packet-over-SDH)協(xié)議，原有以點對點協(xié)議(PPP)為基礎的PoS技術已不符合應用要求，因為PoS僅把數(shù)據(jù)包或幀用PPP、幀中繼(FR)或高級數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)協(xié)議封裝，再映射到SDH中。PoS不能區(qū)別不同的數(shù)據(jù)包流，因此也不能對每個流的流量工程、保護和帶寬進行管理，不能提供許多用戶需要的1Mbit/s-10Mbit/s以太網(wǎng)帶寬顆粒，它實際上是靠高層的路由器等設備來實現(xiàn)流量工程和業(yè)務生成功能。因此，在SDH上采用新的封裝格式GFP傳送數(shù)據(jù)包，是下一代SDH的發(fā)展重點。

　　ITU-T把GFP定義為G.7041，GFP具有數(shù)據(jù)頭糾錯和把通道標識符用于端口復用(把多個物理端口復用成一個網(wǎng)絡通道)的功能[3]。最重要的一點是GFP可支持成幀映射(frame-mapped)和透明傳送(transparent-mapped)兩種工作方式，這樣便可支持更多應用。成幀映射方式是把已成幀用戶端數(shù)據(jù)信號的幀封裝進GFP幀中，以子速率級別支持速率調整和復用。透明傳送方式則完全不同，它接收原數(shù)字信號，只在SDH的幀內用低開銷和低時延數(shù)字封裝的方式來實現(xiàn)。從原理上講，GFP可封裝任何協(xié)議數(shù)據(jù)，保證簡單的協(xié)議在光層上融合，并保證靈活性和更細的帶寬顆粒。

　　2001年11月，ITU-TG.7042通過了VC和LCAS，它們都是下一代SDH中的關鍵技術，尤其是支持GFP時[4]。在傳送網(wǎng)中，VC和LCAS提供一種更靈活的通道容量組織方式，以更好地滿足數(shù)據(jù)業(yè)務的傳輸特點，把任意帶寬的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流映射到任意數(shù)量的VCl2或VC3通道中，最大程度地減少帶寬浪費。VC和LCAS一起創(chuàng)造可微調的SDH容量，以適應數(shù)據(jù)業(yè)務的QoS和服務等級協(xié)議(SLA)需求。VC還允許新的更有效的共享保護機制，把流量分成不同部分，然后通過不同路徑發(fā)送。在網(wǎng)絡正常工作情況下，不需要配置額外的保護通道，例如當其中一條路由出現(xiàn)故障時，LCAS可以把出現(xiàn)故障的VC4通道從虛級聯(lián)組(VCG)中自動刪除，此時VCG的帶寬會減少，但可確保鏈路故障時業(yè)務不中斷。LCAS技術的復雜性在于，VC把不同的VC/同步傳輸模塊(STM)連接起來運送載荷，而在VCG中，不同的VC/STM將走不同路徑，在接收端會產生不同時延，因此必須具備能糾正這種偏差的功能。另外，LCAS為雙向信令協(xié)議，能保證網(wǎng)管系統(tǒng)中改變通道帶寬的命令不影響用戶流量。

2、虛級聯(lián)(VC)技術

　　虛級聯(lián)(VC)是指用來組成SDH通道的多個虛容器VC-n之間并沒有實質的級聯(lián)關系，它們在網(wǎng)絡中被分別處理并獨立傳送，只是因為它們所傳的數(shù)據(jù)具有級聯(lián)關系。這種數(shù)據(jù)的級聯(lián)關系在數(shù)據(jù)進入容器之前即做好標簽，待各個VC-n的數(shù)據(jù)到達目的終端后，再按原定的級聯(lián)關系重新組合。SDH級聯(lián)傳送要求每個SDH網(wǎng)元都具有級聯(lián)處理功能，而虛級聯(lián)傳送只要求終端設備具有相應功能即可，因此易于實現(xiàn)[5]。

　　利用VC技術可把一個完整的用戶帶寬分割開，映射到多個獨立的VC-n中傳輸，然后由目的終端把這些VC-n重新組合成完整的用戶帶寬。這樣做對網(wǎng)絡影響小，能合理地分配各種業(yè)務帶寬，提高網(wǎng)絡帶寬利用率。例如，用戶要傳輸1Gbit/s的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，由于傳統(tǒng)SDH的速率等級固定，所以要用16個VC4即一個2.5Gbit/s(16×150Mbit/s=2.4Gbit/s)的信道來傳輸1Gbit/s數(shù)據(jù)，帶寬利用率僅為42%；若使用VC技術，則可把7個VC4級聯(lián)起來(共1.05Gbit/s)傳輸1Gbit/s數(shù)據(jù)，帶寬利用率高達95%。

3、鏈路容量調整方案(LCAS)幀結構

　　作為基于SDH的協(xié)議，鏈路容量調整方案(LCAS)也是通過定義SDH幀結構中的空閑開銷字節(jié)來實現(xiàn)的。對于高階VC和低階VC[6]，LCAS分別利用VC4通道開銷的H4字節(jié)和VCl2通道開銷的K4字節(jié)。

　　LCAS技術是建立在VC基礎上的，與VC相同的是，它們的信息都定義在同樣的開銷字節(jié)中；與VC不同的是，LCAS是一個雙向握手協(xié)議。在傳送凈荷前，發(fā)送端和接收端通過交換控制信息，保持雙方動作一致。顯然，LCAS需要定義更多開銷來完成其較復雜的控制[7]。

　　表l介紹LCAS幀結構各字節(jié)的含義。

表l　LCAS幀結構各字節(jié)的含義


　　如表1所示，LCAS除了定義MFI和SQ之外，還定義了CTRL、GID、CRC、MST和RS-Ack等5個字段。

　　a)MFI：是一個幀計數(shù)器，某一幀的MFI值總是上一幀的值加1。對于像SDH這樣的同步系統(tǒng)，每幀所占的時隙都相同。MFI標識了幀序列的先后順序，即標識了時間的先后順序。接收端通過MFI之間值的差別，判斷從不同路徑傳來的幀之間時延差多少，計算出時延后，就可把不同時延的幀再次同步。高階VC和低階VC可容忍的最大時延差均為±256ms。

　　b)SQ：與VC定義相同。

　　c)CTRL：主要有兩個作用，一是表示當前成員的狀態(tài)，例如，最后一個成員的控制字段為EOS(0011)，空閑的成員控制字段為IDLE(0101)；二是通過ADD(0001)和DNU(1111)表明當前成員需加入或移出VCG，用FIXED(0000)和NORM(0010)表示不支持LCAS和正常傳送狀態(tài)。

　　d)GID：是一個偽隨機數(shù)，同一組中的所有成員都擁有相同的GID，這樣就可標識來自同一發(fā)送端的成員。

　　e)CRC：對整個控制包進行校驗。

　　f)MST：標識組中每個成員的狀態(tài)。OK=O，F(xiàn)AIL=1。

　　g)重排序確認位(RS-Ack)：容量調整后，接收端通過把RS-Ack取反來表示調整過程結束。

4、鏈路容量調整過程

　　LCAS的最大優(yōu)點是具有動態(tài)調整鏈路容量的功能[8]。作為一個雙向握手協(xié)議，當某一端向對端傳輸數(shù)據(jù)時若增加或刪除成員，對端也要在反方向重復這些動作，發(fā)給源端，其中對端的相應動作不必與源端同步。調整分為增加或減少成員，需要調整VCG中成員的序列號，其中控制域EOS是指VCG序列號的最后一個。下面介紹不同情況下的調整方法：

　　a)帶寬減少，暫時刪除成員。當VC成員失效時，VCG鏈路的末端節(jié)點首先檢測出故障，并向首端節(jié)點發(fā)送成員失效的消息，指出失效成員；首端節(jié)點把該成員的控制字段設置為“不可用(DNU)”，發(fā)往末端節(jié)點；末端節(jié)點把仍能正常傳送的VC重組VCG(即把失效的VC從VCG中暫時刪除)，此時首端節(jié)點也把失效的VC從VCG中暫時刪除，僅采用正常的VC發(fā)送數(shù)據(jù)；然后，首端節(jié)點把動作信息上報給網(wǎng)管系統(tǒng)。

　　b)業(yè)務量增大，新加入成員。當VC成員恢復時，VCG鏈路的末端節(jié)點首先檢測出失效VC已恢復，向首端節(jié)點發(fā)送成員恢復消息；首端節(jié)點把該成員的控制字段設置為“正常(NORM)”，并發(fā)往末端節(jié)點；首端節(jié)點把恢復正常的VC重新納入VCG，末端節(jié)點也把恢復正常的VC納入VCG；最后，首端節(jié)點把動作信息上報給網(wǎng)管系統(tǒng)。

　　如前所述，LCAS是對VC技術的有效補充，可根據(jù)業(yè)務流量模式提供動態(tài)靈活的帶寬分配和保護機制。按需帶寬分配(BOD)業(yè)務是未來智能光網(wǎng)絡的殺手級應用，LCAS實現(xiàn)VC帶寬動態(tài)調整，為實現(xiàn)端到端的帶寬智能化分配提供了有效的手段。在突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務增多的應用環(huán)境下，VC和LCAS是衡量帶寬是否有效利用的重要指標。

5、LCAS技術的實現(xiàn)

　　LCAS是對SDH能力的一項重要改進，它能讓SDH網(wǎng)絡更加健壯靈活。LCAS是建立在VC基礎上、連續(xù)運行在兩端點節(jié)點之間的信令協(xié)議，運營商可動態(tài)調整通道容量，當VCG中部分成員失效時，它剔除這些成員，保證正常成員繼續(xù)順利傳輸。當失效的成員被修復時，它能自動恢復VCG的帶寬，這一過程遠快于手動配置，從而加強對業(yè)務的保護能力。另外，實際使用中，某些企業(yè)對網(wǎng)絡帶寬的需求因時段不同而有差異，例如上班時僅需1Ombit/s帶寬就足以完成日常工作，但在下班之前半小時，則需100Mbit/s帶寬才能完成當天數(shù)據(jù)的備份。以往，這些企業(yè)為了保證數(shù)據(jù)備份順利進行，不得不租用100Mbit/s帶寬，造成巨大浪費。這一普遍現(xiàn)象使光網(wǎng)絡智能化和自動化的需求日趨緊迫，但是以自動交換光網(wǎng)絡(ASON)技術為核心的下一代智能光網(wǎng)絡技術尚需一段時間才能成熟，作為ASON自動調整帶寬的基礎協(xié)議之一，LCAS技術能在一定程度上滿足上述需求。

　　LCAS技術的實現(xiàn)一般分兩步走。首先在核心網(wǎng)沒有實現(xiàn)控制平面時，可由網(wǎng)管手工解決動態(tài)調整通道容量的問題[9]；隨著用戶？網(wǎng)絡接口(UNI)標準的不斷完善，在不中斷業(yè)務的前提下動態(tài)調整帶寬，滿足用戶需求。當帶寬需求增加時，保證鏈路的容量；當帶寬需求減少時，多余的帶寬可挪作他用。這樣，既可節(jié)省企業(yè)開支，又可提高運營商的服務質量。

　　ASON的智能網(wǎng)元通過信令協(xié)議處理，采取網(wǎng)絡拓撲結構自動識別或自動鄰接發(fā)現(xiàn)等機制，迅捷地建立連接通道，為業(yè)務層網(wǎng)絡快速建立承載通路，并根據(jù)實際需要，隨時釋放和拆除已建立的通道，或倒換到新的連接通道。同時，LCAS提供的不損傷業(yè)務容量調整機制也給ASON線路保護/恢復提供了新的途徑，利用ASON中基于網(wǎng)狀網(wǎng)(mesh)保護/恢復算法的擴展這一特性，自動解決部分線路的故障，提供新的Qos保證。ASON中鏈路容量調整的發(fā)起，可以由用戶的帶寬請求觸發(fā)，也可以由網(wǎng)絡中的流量監(jiān)督自動進行。前者應用于快速專線業(yè)務，后者運用于數(shù)據(jù)網(wǎng)接入業(yè)務。總之，ASON將使原來基于人工操作的靜態(tài)網(wǎng)絡，升級為交換式的可直接租賃帶寬和直接營利的智能光網(wǎng)絡。

6、結束語

　　LCAS與VC、GFP結合，使新一代SDH網(wǎng)絡能更好地支持二層交換業(yè)務，全面適應數(shù)據(jù)業(yè)務的需求，而且具有靈活的帶寬、自動選路和指配功能，從而提高帶寬利用率，并把核心智能光網(wǎng)絡的智能擴展到網(wǎng)絡邊緣，快速響應業(yè)務層的帶寬實時需求，為帶寬出租、光虛擬專網(wǎng)(OVPN)和SLA等業(yè)務運營提供支撐。如前所述，LCAS技術的實現(xiàn)是利用通道開銷中的某些字節(jié)，電信運營商無須大規(guī)模投資，只要在鏈路兩端的SDH設備中加入支持LCAS功能的機盤，就可低成本完成升級工作，在現(xiàn)有設備基礎上獲得最大收益。LCAS技術在國內已逐步走向商用，烽火通信公司的Metro FONST系列城域網(wǎng)設備能支持包括LCAS在內的多種新技術標準；朗訊科技公司為上海軌道交通構建多業(yè)務通信傳輸平臺，其TransLAN技術也采用了LCAS。以上各種應用的LCAS進程無須網(wǎng)管系統(tǒng)干預，但LCAS不能自動發(fā)起業(yè)務容量請求，即VCG的初始帶寬仍需網(wǎng)管系統(tǒng)指定，這在一定程度上降低了LCAS的智能化程度。如果結合ASON控制平面的流量監(jiān)控功能，對VCG的總帶寬任意指配，就能真正實現(xiàn)智能傳輸網(wǎng)。

　　參考文獻

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